2014年, 第50卷, 第20期　
刊出日期：2014-10-20

  

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  利用超声成像分析不同复合材料层压结构冲击损伤行为

  刘松平;刘菲菲;郭恩明

  . 2014, 50(20): 1-7. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.001

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  复合材料各向异性和吸能的特点，在受到外来冲击作用时容易产生损伤，呈现表里迥然不同的损伤行为和分布规律。为研究不同复合材料层压结构的冲击损伤行为，设计制备树脂传递模型工艺(Resin transfer molding, RTM)缝合和预浸料复合材料层压结构两种不同成型工艺的试样，通过冲击试验模拟复合材料在外力作用下产生的冲击损伤，采用超声反射法，通过点聚焦换能器对试样进行超声B扫描成像，揭示两种复合材料层压结构试样内部断面损伤行为及其扩展规律。试验结果表明，冲击引起的试样内部损伤比表面损伤要大得多；随着冲击能量在试样内部传递，会在不同深度铺层产生新的损伤，而且损伤分布并不仅沿层间界面扩展；冲击点附近和远离冲击点附近的内部损伤具有明显不同的分布规律；RTM缝编与预浸料复合材料结构呈现明显不同的损伤行为，其中RTM缝合复合材料结构中的纵向缝线，对冲击损伤在试样内部沿层间的扩展有显然的阻止作用。研究结果对更好地理解复合材料的损伤行为、寻找新的改进复合材料层压结构损伤行为的机制有非常重要的指导意义和帮助。
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  空心圆管中导波频散特性与检测频率选择

  马书义;武湛君;刘科海;王奕首

  . 2014, 50(20): 8-17. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.008

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  频散是长距离管道导波检测中影响检测频率选择的重要因素。通过分析空心圆管中纵向模态导波的频散特性，探讨导波检测常用模态L(0, 2)和L(0, 1)的频率选择问题。根据导波频散现象，建立缺陷回波分辨距离与激励信号参数间的量化关系，分析检测频率优化选择问题。以导波频散引起的信号分辨距离为依据，计算不同几何尺寸管道中L(0, 2)和L(0, 1)导波非频散段的限制频率。结果表明，限定或最小化缺陷回波分辨距离，可获得最佳的导波激励信号周期及检测频率或频段。随着管道几何尺寸变化，得到L(0, 2)和L(0, 1)导波频散特性变化的几个重要结论。当管道内径壁厚比不小于4时，L(0, 2)导波低限频率与管道直径的乘积约为4.0 MHz•mm，高限频率与壁厚的乘积约为1.06 MHz•mm。对于小口径管中的L(0, 1)导波，其高限频率与直径的乘积约为0.81 MHz•mm。这些简单的函数关系为管道检测时快速确定非频散段频率范围提供参考。
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  基于LMD包络谱熵及SVM的天然气管道微小泄漏孔径识别

  孙洁娣;肖启阳;温江涛;王飞

  . 2014, 50(20): 18-25. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.018

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  针对管道泄漏信号的非平稳特征以及管道泄漏孔径大小难以识别的问题，提出一种基于局域均值分解包络谱熵及支持向量机的识别方法。该方法对管道泄漏信号进行局域均值分解，得到若干个瞬时频率具有物理意义的乘积函数(production Function, PF)分量；计算各PF分量的峭度值并据此选出包含主要泄漏信息的分量作为主PF分量，对这些分量进一步采用小波包分解能量法进行分析并重构；再对重构后的主PF分量进行希尔伯特变换求取包络谱，结合信息熵的概念提出包络谱熵并计算熵值；将归一化包络谱熵作为泄漏信号特征输入支持向量机分类器中，用以区分不同的泄漏孔径，完成对泄漏孔径的识别。通过试验采集大量的管道泄漏信号进行处理及分析，试验结果表明该方法能有效识别不同泄漏孔径类别。
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  薄膜疲劳失效预测方法与损伤机制的研究进展

  刘金娜;徐滨士;王海斗;金国;朱丽娜

  . 2014, 50(20): 26-34. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.026

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  薄膜材料的尺寸范围、结构以及其服役环境的特殊性，制约了薄膜失效行为、寿命预测及可靠性评估技术研究的开展。对薄膜疲劳寿命的预测方法进行综述，分析常用的单向循环加载法和悬臂梁弯曲法。详细介绍纳米级动态载荷法，包括连续刚度法和纳米冲击试验法，此法能够对实际服役环境更好地模拟，可以实现分相测试以及多种功能模块的原位定点检测，以及定量分析薄膜的疲劳性能。对薄膜疲劳损伤失效机制与寿命预测模型的研究进行探讨与展望，发现薄膜材料失效过程的研究与定量分析是今后研究的重点。
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  金属材料超声表面强化技术的研究与应用进展

  朱有利;王燕礼;边飞龙;侯;帅;谢俊峰

  . 2014, 50(20): 35-45. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.035

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  简要回顾几种传统的表面机械强化技术及其特点。对近年来得到迅速发展和应用的金属材料超声表面强化技术进行介绍和评述。这包括超声冲击处理技术、超声喷丸强化技术和超声深滚强化与滚光技术。介绍以上几种技术在国内外的研发和应用的历史和现状，对比几种技术在不同应用中的特点与限制，并与传统的表面机械强化技术进行比较。展望金属材料超声表面强化技术的发展与应用前景。在总结归纳的基础上，从强化机理、强化工艺、工程应用和技术规范等方面提出金属材料超声表面强化技术的研究和应用发展建议。为相关技术领域的研究机构、研究人员和工程应用单位提供有关金属材料超声表面强化的较为全面的信息。
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  含有测量时延摄动的冷轧机厚控系统控制器设计

  华长春;于彩霞

  . 2014, 50(20): 46-53. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.046

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  针对冷带轧机液压厚控(Hydraulic automatic gauge control, HAGC)系统中带材厚度输出存在测量时延摄动以及系统存在不确定性的情况，提出一种新的控制器设计策略，以提高实际工作中冷带轧机板带材的板厚精度。基于轧机液压厚控系统各环节的方程式，给出具有测量时延摄动和不确定项的数学模型，并将该测量时延转化为时变输入时延考虑，建立最终的HAGC系统模型。针对该模型设计一种新的控制器，并利用Lyapunov稳定性理论对所设计的控制器进行严格的理论证明，得出系统的指数稳定性。针对1700单机架轧机进行Matlab仿真，将所提出的控制器与传统比例积分微分(Proportional integral derivative, PID)控制器的仿真结果进行对比，说明了该控制方法能够克服时延及不确定性的影响，比传统的PID控制器具有更加良好的效果，进一步验证了控制器的有效性和优越性。
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  BGA结构无铅微焊点的低周疲劳行为研究

  秦红波;李望云;李勋平;张新平

  . 2014, 50(20): 54-62. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.054

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  基于塑性应变能密度概念提出微焊点低周疲劳裂纹萌生、扩展和寿命预测模型，阐明其与连续介质损伤力学的联系，评估应力三轴度对预测模型的影响，并通过试验和数值计算相结合的方法确定出微米尺度球栅阵列(Ball grid array，BGA)结构单颗Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊点(高度为500～100 μm，焊盘直径为480 μm)疲劳裂纹萌生和扩展模型中的相关常数。研究结果表明，疲劳裂纹萌生和扩展循环数与每个循环所产生的塑性应变能密度均呈幂函数关系；应力三轴度会影响疲劳裂纹扩展速率，并最终影响焊点的疲劳寿命；应力三轴度与加载方式有关，拉伸载荷下焊点的应力应变行为受异种材料界面和封装结构力学约束作用的影响，应力三轴度随焊点高度降低而明显升高；而剪切载荷作用下焊点中的力学约束十分有限，焊点高度变化对应力三轴度的影响非常小；测得的高度为100 μm焊点的疲劳裂纹扩展相关常数可以很好地用于预测其他不同高度焊点的疲劳寿命，表明所提出的预测模型可以有效地减小由几何结构和体积变化造成的塑性应变能集中现象对焊点疲劳寿命的影响。
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  补片形状和尺寸对复合材料胶接修补的影响

  苗学周;李成;铁瑛;郭文辉

  . 2014, 50(20): 63-69. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.063

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  与传统的机械修补技术相比，复合材料胶接修补具有结构增重小、可设计性强、成形简单和成本低等明显的优点。因此，复合材料胶接修补技术已成功地应用于一些军用和民用飞机的受损结构。借助于ANSYS软件，以三维逐渐损伤理论为依据，分别建立含不同形状补片的复合材料胶接修补模型，其中母板和补片采用正交各向异性损伤模型，胶层采用各向同性损伤模型。在单向拉伸载荷作用下，同时考虑层合板和胶层的损伤形式和扩展趋势，确定层合板的最终失效载荷，并与已有文献进行对比，验证模型的正确性。损伤模型计算结果表明，补片的形状和尺寸均是胶接修补的重要设计参数，其对层合板的最终失效载荷影响显著。斜放的方形补片的修补效果较佳，当对方形补片进行圆角化处理时，受损层合板的拉伸承载能力得到提高。
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  打壳锤头等离子堆焊镍基涂层组织和性能

  张国栋;李莉;刘念;曹红美;毛艳

  . 2014, 50(20): 70-76. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.070

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  采用等离子堆焊技术在打壳锤头基体Q235钢表面进行堆焊，堆焊材料选用分别含有50%WC、40%WC和30%WC+TiC的复合镍基粉末。借助金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪、摩擦磨损试验仪等仪器对所得各堆焊层的显微组织、化学成分、显微硬度、耐磨性和耐蚀性进行分析。试验结果表明，三种合金堆焊层显微组织均为γ-Ni固溶体和弥散分布的不同形态的硬质化合物相，如WC，(Ti,V)C等。三种合金堆焊层与基体界面处冶金结合良好，堆焊层稀释率低，且与基体Q235钢相比，耐电解腐蚀性显著提高。含有30%WC+TiC的镍基合金堆焊层与含有50%WC和40%WC的镍基合金堆焊层相比，具有更高的耐磨性和抗热腐蚀性。因而含有30%WC+TiC的镍基合金堆焊层综合性能最优，能够大幅度延长打壳锤头使用寿命，具有广泛的应用前景。
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  一种超细晶材料的混合硬化模型及其数值模拟

  郑战光;谢昌吉;孙 腾;袁 帅

  . 2014, 50(20): 77-83. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.077

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  针对超细晶材料强度高、塑性能力不佳以及饱和应力跟晶粒尺寸和应变率等因素有关的特点，在Johnson-Cook模型的基础上引入Hall-Petch关系式，再与Armstrong-Frederick非线性随动硬化规律进行叠加，提出一种同时包含各向同性硬化和非线性随动硬化的混合硬化模型。该数学模型不仅考虑了超细晶材料的尺寸效应，还计及了加工硬化和包辛格效应的组合效应。在推导出该混合硬化模型的积分算法的基础上进行有限元数值分析和试验数据的对比分析。对比结果表明，不同晶粒大小与不同应变率下的超细晶材料的数值仿真结果与试验数据均吻合较好，进而证明该数学模型的合理性。因此，该混合硬化模型不仅丰富了塑性力学的内容，也可为超细晶材料的结构件设计提供一定的理论依据。
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  Q690C粒状贝氏体钢MAG焊接头中M-A组元的演变及其对热影响区冲击韧度的影响

  曹志民;张贵锋;张建明;黄超;赵继鹏

  . 2014, 50(20): 84-92. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.084

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  为了研究Q690C低碳粒状贝氏体钢热影响区M-A组元演变及其对各亚区韧性的影响，采用全自动熔化极活性气体保护焊(Metal active-gas welding, MAG)施焊并在接头各个区域开V型缺口进行冲击试验，分析各亚区韧性与各亚区组织、断口、M-A组元统计结果之间的对应关系。结果表明，焊缝为针状铁素体，断口上韧窝细小密集，呈韧性断裂，虽然M-A组元数量很多，且存在于晶界，但是由于尺寸小，大都为块状，所以对冲击韧度影响不大；熔合区与粗晶区均为上贝氏体，且M-A组元大多以长条状分布于上贝氏体板条束间；其中熔合区的冲击韧度最差，系粗大基体引发的解理断裂；其余各亚区韧性接近母材，无明显恶化，M-A组元多呈较小块状，存在于晶界。由上述结果可知，M-A的分布、尺寸与形态的演变受控于为领先相的基体组织；细小的贝氏体基体及针状铁素体基体可弥补M-A组元对韧性的危害；组织控制仍应以基体组织控制为重点。
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  铝合金搅拌摩擦焊接加筋板剪切稳定性能研究

  邵青;何宇廷;张腾;伍黎明

  机械工程学报. 2014, 50(20): 93-99. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.093

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  对2024-T3铝合金搅拌摩擦焊接加筋壁板的剪切稳定性能进行试验研究，得到该结构的剪切失稳形式及屈曲载荷、承载能力及破坏形式。应用有限元法对该焊接加筋壁板结构进行简化建模，对该结构的稳定性和承载能力进行计算，将计算结果与试验结果进行比较。试验及有限元计算结果表明，结构的剪切失稳形式表现为筋条间平板的局部屈曲；屈曲后结构进入张力场受力状态，破坏形式主要表现为平板的塑性变形和边缘撕裂、筋条的弯扭变形以及焊接区的局部脱焊；出现脱焊现象的试验件其承载能力较未出现脱焊现象的试验件下降7.7%；线性和非线性屈曲计算所得屈曲载荷分别比试验平均值高出18.4%和26.2%，而非线性计算所得承载能力比试验平均值高出5.7%，焊接引起的初始缺陷对结构承载能力的影响小于对屈曲载荷的影响；有限元分析得到的结构屈曲形式和失效形式与试验现象吻合，验证了有限元模型的合理性，但其仍需要进一步改进以考虑初始缺陷来减小计算误差。
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  一种用于自动变速器的比例电磁阀研究

  孟飞;陶刚;陈慧岩

  . 2014, 50(20): 100-106. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.100

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  介绍一种用于自动变速器的比例电磁阀结构，研究比例电磁阀的分析、设计方法及其稳态和动态特性。在结构分析的基础上，分析其工作原理，将比例电磁阀分为电场、磁场、机械和流体四部分，分析这四部分的内在耦合关系。建立各个部分的动态特性数学模型并进行耦合仿真分析，对比例电磁阀电磁特性进行研究，通过与试验结果对比，初步验证耦合仿真模型的正确性。 通过计算分析电磁阀内部参量的动态变化特性，为优化电磁阀设计奠定基础。在液压部分中，进油口采用球阀，排油口采用喷嘴挡板阀，通过控制排油口的开度可以进行流量控制，间接控制油压输出。在比例电磁阀开启时，电磁力与弹簧力的总和与球阀的液压力相平衡的工作模式，使该比例电磁阀具有开关响应快、输入电流与输出油压线性关系好的特点。研究结果表明，该比例电磁阀阀芯位移0.2 mm ，开启响应时间在2 ms以内，油压建立在4 ms以内，适用于自动变速器换挡执行回路中。
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  缸内直喷不同CH4/N2配比的混合燃料发动机掺氢燃烧负荷特性试验研究

  石滨;郭林福;刘建华

  . 2014, 50(20): 107-112. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.107

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  在一台改装的单缸气体发动机上进行缸内直喷不同CH4/N2配比的混合燃料发动机掺氢燃烧负荷特性的试验，研究不同负荷下混合燃料中掺氢比和掺氮比对发动机动力性、排放性以及经济性的影响。研究结果表明，当混合气体燃料中氮气体积分数不同时，不同负荷区域，掺入氢气对缸内最大爆发压力影响不同。结果显示，掺氮25%燃料CO排放较掺氮15%的明显增大，且当不掺氢时，增长近30%，并且掺氢对减小HC排放有利，但氢气对不同氮气比燃料CO排放与NOx排放影响不同，对于掺氮15%燃料，掺氢10%后，CO排放升高，NOx排放降低，而对于掺氮25%燃料掺氢后CO排放降低，NOx排放升高。另外，随着负荷增大，有效燃气消耗率呈逐渐减小的趋势，而且掺氢有利于热效率的提高。
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  基于规则修正的同轴并联混合动力客车瞬时优化能量分配策略

  黄硕;李亮;杨超;宋健;李磊;张利鹏

  . 2014, 50(20): 113-121. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.113

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  同轴并联混合动力客车因其动力总成构型较传统构型改动小、能量传递效率高且易于实现多模式运行而在公交客车领域得到广泛的应用。应对复杂瞬变的公交工况，如何设计高效的能量分配策略实现混合动力客车的高效节能已成为近期的研究热点。针对同轴并联构型混合动力客车建立逆向仿真模型，在分别对规则式能量分配策略和瞬时优化分配策略分析的基础上，考虑发动机切入/退出动力系统时机对于整车燃油经济性的影响，提出一种基于规则修正的瞬时优化能量分配算法。将发动机切入/退出判定引入到瞬时优化算法中，并对该策略进行仿真与道路试验验证。实车验证结果表明所提出的策略能够提升节油率约5%，是一种具有实际应用前景的并联混合动力客车能量管理方法。
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  考虑动态特性的多工况车身结构拓扑优化研究

  兰凤崇;赖番结;陈吉清;马芳武

  . 2014, 50(20): 122-128. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.122

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  由于车身结构在汽车行驶过程中主要是保证其静动态承载性能，因此在概念设计阶段考虑其多种承载工况，特别是车身的动态性能要求来确定车身结构的最佳拓扑形式十分重要。结合整车多工况多体动力学分析，运用折衷规划法定义整车实际行驶工况下车身结构静态刚度和动态振动频率最大化的综合目标函数，通过层次分析法确定各工况的最优权重系数，进行车身结构的综合目标优化设计。以方程式赛车的车身结构设计为例，进行综合目标的拓扑优化设计，结果表明该方法进行车身结构的概念设计可行且有效。同时，经对比根据设计经验和基于正交试验定义权重系数的两种方法得出的优化结果，其车身的刚度和前6阶频率均有不同程度的提高，且结构更加合理，同时提高了计算效率。
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  汽车覆盖件模具凸型面拉延方法

  龚志辉;兰质纯;周顺峰;李琳

  . 2014, 50(20): 129-135. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.129

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  针对汽车覆盖件这种具有复杂曲面特征的零件，在传统的全型面拉延成形方法基础上提出一种新的凸型面拉延成形方法。该方法根据拉延成形过程中凸、凹模工作型面上只有凸型面接触板料的特点，通过成形仿真获得全型面拉延的成形极限图(Forming limit diagram, FLD)和凸、凹模与板料的接触区域分布。然后将板料相对凸、凹模工作型面上的起皱区域及双面接触区域所对应的单元剔除，将单面接触区域中面积较小且形态狭长的单面接触区域合并转化为双面接触区域，同时将未转化的单面接触区域外周节点拟合成曲线后导入到CAD中对凸、凹模工作型面进行分割获得所需的凸型面。算例表明该方法在保证拉延成形质量的前提下可以有效地减小凸、凹模工作型面的面积，降低拉延模具的生产成本。
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  基于典型作业工况的串联式电传动推土机功率跟随控制策略

  宋强;曾普;何士娟;王红

  . 2014, 50(20): 136-142. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.136

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  为提高串联式混合动力推土机的燃油经济性，研究动力传动系统的能量分配策略。分析发动机和发电机的动态工作特性，通过台架试验建立发动机的动力输出特性模型、油耗特性模型和发电机的效率特性模型；通过超级电容的电阻串并联模型结构分析，建立超级电容的动态工作模型，设定荷电状态的安全工作范围。基于台架试验及模型获得的发动机最佳燃油消耗曲线，提出一种最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略。研究推土机的典型作业工况，在典型作业工况下对提出的控制策略进行仿真，阐述超级电容的荷电状态及电压、电流的变化规律，并与传统机械传动结构的原型机在发动机工作转速、转矩、油耗和加速踏板位置变动等参数方面进行对比分析。结果表明，在推土机典型作业工况下，采用最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略与原型机相比，节油率达13.1%。
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  关联用户的汽车传动系载荷谱室内台架试验编制方法

  李文礼;石晓辉;柯坚;施全;邹喜红;余勇;易鹏

  . 2014, 50(20): 143-150. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.143

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  为了编制汽车传动系室内台架耐久试验载荷，实车采集用户行驶载荷数据，采用雨流计数法和数理统计方法对测得的载荷数据进行压缩处理，在重构的载荷谱中找到不同转矩载荷等级所对应的转速和挡位信息，把传统的载荷-时间频次关系，转变为载荷-发动机飞轮旋转频次关系，同时记录各载荷等级对应的各个挡位的频次，获得基于不同载荷等级下转速和挡位的统计分布。利用门限峰值理论载荷外推方法获得包含转速和挡位信息的传动系时域外推载荷谱，运用重新定义采样率和样条插补方法对随机载荷进行处理，获得适合台架试验使用的随机载荷谱。把用户使用的实车工况数据与台架试验结合起来，避免了试验的盲目性，为准确评价汽车传动系零部件的可靠性和制定科学的室内台架试验规范提供依据。
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  有机朗肯循环太阳能热发电辅助燃煤电厂CO2捕集系统技术经济性分析

  谭雨亭;赵力;鲍军江;邓帅

  . 2014, 50(20): 151-156. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.151

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  提出一种有机朗肯循环太阳能热发电辅助燃煤电厂碳捕集系统，该系统利用聚焦式太阳能驱动有机朗肯循环(Organic rankine cycle，ORC)发电系统，ORC系统高温冷凝热为燃煤电厂醇胺法CO2捕集系统提供热量，ORC热利用效率理论上达到100%。该系统避免了传统碳捕集系统汽轮机抽汽，保证了燃煤电厂的稳定运行和经济效益。对新型碳捕集系统的热力学性能参数进行设计匹配，筛选适用于高温ORC太阳能热发电系统的有机工质，备选工质为甲苯、辛烷、硅油MDM及环乙烯。对新型碳捕集系统及抽汽式碳捕集系统进行经济性分析与比较，计算均化成本、碳捕获成本和净现值。结果显示：在碳捕获率小于90%时，新型碳捕集系统均化成本更高；新型碳捕集系统较之抽汽式系统碳捕获成本更高，约为抽汽式系统碳捕获成本的2倍；当太阳能热发电补贴电价超过1.18元/(kW•h)时，新型碳捕集系统具有更高的经济性，当太阳能热发电补贴电价低于0.82元/(kW•h)时，抽汽式碳捕集系统具备更高的经济性，当太阳能热发电补贴电价处于两者之间时，新型碳捕集系统与抽汽式碳捕集系统的经济性高低取决于燃煤电厂的碳捕获率。
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  允差范围内变化的房间空调器测试结果算法修正

  张忠斌;杜垲;黄虎;张若楠

  . 2014, 50(20): 157-162. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.157

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  提出一种求解干湿球温度在国家标准允差范围内变化的制冷量和能效比实测结果向名义工况值回归逼近的修正算法，并以制冷工况下的室内侧干湿球温度允差范围变化的房间空调器制冷量和能效比测试结果为实例进行算法修正。该算法基于制冷量和能效比实测结果，采用多元高次方程逼近求解两者的回归方程，并用贝塞尔公式验证其收敛性。运用层次分析法(Analytic hierarchy process，AHP)量化分析干湿球温度对制冷量和能效比的影响程度，进而得出在干湿球温度允差范围内制冷量和能效比的修正算法。该修正算法可对任意工况下制冷量和能效比的实测值进行修正，并以此为基础对房间空调器能效等级进行评判。修正算法能更加准确地评判房间空调器能效等级，可对现行房间空调器性能测试方法进行完善。
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  热漏对低耗散卡诺热机最大功率下效率及边界的影响

  张艳超;何济洲

  . 2014, 50(20): 163-166. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.163

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  在低耗散卡诺热机模型的基础上，进一步研究热漏对低耗散卡诺热机最大功率下效率及其边界的影响。在类卡诺热机循环条件下，考虑等温膨胀与等温压缩过程中高低温热源之间存在热漏，推导出存在热漏时低耗散卡诺热机最大功率下效率的表达式，并且在对称情况下与经典CA(Curzon-Ahlborn)效率进行比较。发现当不存在热漏时，低耗散卡诺热机最大功率下的效率等于CA效率。当存在热漏时，低耗散卡诺热机最大功率下的效率低于CA效率，并随着热漏的增加而降低。在非对称下得到存在热漏时低耗散卡诺热机最大功率下效率的上下限和可观测范围，并与不同种类实际的热机效率进行比较，结果表明考虑热漏时低耗散卡诺热机的效率及其边界更加符合实际热机的观测值。
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  “二次源”法阻抗估值算法和数据处理程序设计

  宋月超;徐兵;杨华勇;刘英杰

  . 2014, 50(20): 167-174. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.167

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  针对现有“二次源”法在参考管道上传感器距离是压力波波长整数倍时，泵源估值精度较低，且整个数据处理过程繁琐复杂、费力耗时，导致其不适于工业应用的问题，提出泵源阻抗估值算法优化模型，并应用Matlab/GUI模块编写一套“二次源”法数据处理平台软件，在提高泵源流量脉动的测试精度的同时简化“二次源”法数据处理过程。介绍柱塞泵标准“二次源”法的测试原理，对比几种泵源阻抗估值方法的特点，应用Matlab/GUI模块开发优化的“二次源”法数据处理软件，并进行试验验证。结果表明，相比分布参数法，线性衰减技术能够估测全频率处柱塞泵泵源阻抗，估值效率提高了70%；在保证测试精度的情况下，“二次源”法测试软件简化了标准“二次源”法数据处理过程并节省了80%的计算时间，为“二次源”法的工业应用提供技术支撑。
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  大间隙磁性液体与迷宫交替式组合密封的数值及试验研究

  杨小龙;李德才;何新智;张惠涛

  . 2014, 50(20): 175-179. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.175

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  为了提高大间隙磁性液体密封的耐压能力，在多级磁源磁性液体密封的基础上提出一种新型的磁性液体与迷宫交替式组合密封结构并设计一种普通的具有二级磁源的磁性液体与迷宫交替式组合密封结构。试验研究0.3 mm到0.7 mm间隙下具有机油基、煤油基和酯基磁性液体的交替式组合密封耐压能力，数值模拟该交替式组合密封中密封间隙内的磁场强度，由磁性液体密封耐压理论计算出该交替式组合密封中磁性液体密封的理论耐压值，对交替式组合密封的试验结果与该交替式组合密封中磁性液体密封的理论耐压值进行比较和分析。结果表明，与多级磁源磁性液体密封相比，该交替式组合密封显示良好的密封能力；当密封间隙大于0.4 mm时，该交替式组合密封的耐压能力随着间隙的增大而减小。
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  大型正铲液压挖掘机斗杆升降回路及特性

  王永进;权龙;杨敬

  . 2014, 50(20): 180-187. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.180

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  在设计目前国内斗容和机重最大的矿用液压挖掘机液压控制系统中，为减小使用成本，采用交流电动机驱动变量液压泵组作为动力源。为满足工作效率要求，斗杆举升过程采用四台液压泵供油，通过四组比例多路阀(主控阀)阀外合流来满足斗杆的速度要求，为降低能耗，提出在斗杆下降过程依靠自重和专用的比例节流阀进行流量再生的控制方法，加快斗杆下降速度，提高系统工作效率。分析斗杆采用流量再生方法下降的前提条件，对斗杆液压缸在一个工作循环内的压力变化进行机电液一体化的联合仿真研究，按照仿真确定的参数设计并制造样机，试验测试表明，挖掘机加载最大试验负载25 kN时，所设计的液压控制系统可以满足斗杆满载举升所需要的压力及速度要求，斗杆下降采用流量再生方法后，下降时间由32 s缩短至18 s，下降速度明显加快，且下降结束阶段无液压冲击。通过试验，验证了挖掘机液压控制方案的正确性，为今后国内设计和制造更大型的液压挖掘机积累了数据和经验。
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  基于磁-机耦合效应的大行程多稳态机构非线性跳跃分析

  赵剑;陈国玺;高仁璟;刘书田

  . 2014, 50(20): 188-194. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.188

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  跳跃非线性是制约多稳态特性(包括稳态个数、位置、阈值和行程)设计的难点。针对多稳态机构存在的关键稳态特征不可控问题，提出一种基于磁-机耦合效应的新型大行程多稳态机构及其设计方法，即引入空间变化磁场来调整系统局部能量极值点的分布状态，实现多稳态特性的精确设计。基于磁荷理论和伪刚体模型法，考虑结构几何大变形对空间磁场分布的影响，建立考虑位移补偿的多稳态非线性跳跃特性分析模型，分析磁结构参数、磁体数量与布置方式对多稳态特性的影响。基于能量变分原理提出多稳态特性设计的能量判据，揭示稳态与伪稳态之间的关系，得到稳态特征存在的条件。研制一种新型大行程7稳态机构样件，理论与试验结果基本一致，验证所提出的多稳态机构设计方法的可行性和有效性。
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  面向质量的大型复杂产品总体参数多主体协同设计ESTA-HoQ网络模型

  李亚平;刘思峰;方志耕

  . 2014, 50(20): 195-204. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.195

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  考虑成功树分析(Success tree analysis, STA)所蕴含的事件成功的逻辑关系不够简洁，提出一类通用直观的拓展型成功树分析(Extended success tree analysis, ESTA)，并基于ESTA逻辑设计质量屋(House of quality, HoQ)构建方法，进而搭建大型复杂产品总体参数设计拓展型成功树-质量屋(Extended success tree analysis-house of quality, ESTA-HoQ)网络框架；考虑产品设计面向质量，定义一类标准质量损失函数，并揭示大型复杂产品多主体协同设计的本质就是合作利益分配，在此基础上，以标准质量损失最小化为目标，根据不同逻辑门设计目标函数，并以设计参数自身约束、参数间关系约束以及多主体利益约束作为约束条件，构建基于ESTA-HoQ网络的大型复杂产品总体参数多主体协同设计多级递阶规划模型，并设计模型的求解算法；以固定翼飞机设计为例，详细阐述该思路和模型的可行性和有效性。
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  再制造闭环供应链间竞争下的网络优化设计模型研究

  杨玉香;汤易兵;吴增源;虎陈霞

  . 2014, 50(20): 205-212. https://doi.org/10.3901/JME.2014.20.205

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  将以往仅考虑成员企业间竞争的闭环供应链网络优化设计问题，扩展到考虑闭环供应链间竞争下的网络优化设计问题，网络中的运作成本不再局限于线性成本，而是处理非线性成本，且在网络优化设计中采用连续变量。基于再制造闭环供应链的关键功能活动构建再制造闭环供应链间竞争下的网络结构，基于功能活动弧段设计运作与回收成本和设计成本函数，利用均衡理论描述再制造闭环供应链间的竞争行为，利用变分不等式理论建立基于连续变量的再制造闭环供应链网络设计模型。利用提出的模型结合算例优化设计再制造闭环供应链网络，并分析再制造率对各条再制造闭环供应链销售额、运作与回收成本、设计成本和利润的影响，以及对各需求市场需求量、回收量和价格的影响。